SRAM型FPGA单粒子翻转效应加固方法

应用重离子加速器和皮秒脉冲激光器开展Virtex-Ⅱ FPGA（Field Programmable Gate Array）单粒子效应加固方法有效性研究.实验结果表明,同时应用三模冗余和动态刷新加固方法能够完全纠正单粒子效应产生的功能错误.实验获得数据加密算法在不同单粒子效应加固方法下功能错误截面,发现少量的存储位翻转就可以导致程序功能错误;程序功能对存储位翻转较敏感.分析Virtex-Ⅱ FPGA不同加固方法在不同卫星轨道的有效性,同时应用动态刷新和三模冗余加固方法,可以完全校正由于存储位翻转造成的功能错误.重离子加速器和脉冲激光器实验结果同时表明,脉冲激光可以模拟重离子加速器研究单粒子效应加固方法有效性.     

基于TCAD和Geant 4的SRAM单粒子效应评估

基于Geant4和TCAD (Technology-Computer Aided-Design)建立了一套评估静态存储器(SRAM)单粒子效应的方法. 该方法利用TCAD软件模拟半导体存储单元对粒子能量沉积的响应, 获得SRAM的重离子单粒子翻转截面, 并应用蒙特卡罗工具包Geant 4计算质子与硅材料的核反应以及次级粒子在灵敏体积内的能量沉积, 进而获得质子的单粒子翻转率. 利用该方法, 计算了TSMC 0.18 μm未加固SRAM的重离子和质子翻转率, 通过与同工艺SRAM的重离子实验结果进行比较, 初步验证了该方法的有效性. 该方法不依赖于地面模拟实验, 可以用来评估处于设计阶段的抗辐射加固器件.      

80C31单粒子效应敏感度评估

采用串列静电加速器对同步轨道气象卫星扫描辐射计控制器用８０Ｃ３１微控制器进行了单粒子效应模拟试验，得到了器件的错误截面与ＬＥＴ关系曲线；根据试验结果，对器件在同步轨道重离子环境中的翻转率进行了预计。     

星载SRAM型FPGA可靠性快速评估技术

空间辐射环境严重影响星载SRAM (Static Random Access Memory)型FPGA (Field Programmable Gate Array)的可靠性,提出了星载SRAM型FPGA可靠性快速验证评估方法.在传统故障注入验证的基础上,引入可靠性预评估技术,在逻辑门级分析单粒子翻转对FPGA配置信息位的影响,同时对TMR (Triple Modular Redundancy)冗余方式进行单粒子翻转关键位置评估.然后构成不同敏感级别的故障序列,最后根据应用需求选择不同故障序列进行故障注入从而有效快速评估系统可靠性.该方法与逐位翻转相比,能够在保证故障覆盖率的同时,有效地减少实验时间,提高实验效率.     

SRAM型FPGA单粒子效应逐位翻转故障注入方法

针对SRAM(Static Random Access Memory)型FPGA(Field Programmable Gate Array)空间应用的可靠性评测问题,提出一种逐位翻转的故障注入试验方法,利用动态重配置技术,通过检测逻辑电路设计配置存储单元中的单粒子翻转敏感位数量和位置,可计算出动态翻转截面和失效率,绘出可靠度变化曲线.分别对采用TMR(Triple Modular Redundancy)防护设计的和未采用TMR防护设计的SRAM型FPGA乘法器模块进行了故障注入试验,验证了得到的敏感位位置的正确性,并计算出各自的可靠性参数和曲线.     

质子引发的单粒子翻转率估算的研究

根据质子单粒子翻转事件的物理本质,及空间高能质子环境特性,给出了一种基于重离子单粒子翻转实验数据基础之上的估算质子引发的单粒子翻转的方法.利用这种方法计算了几种器件的翻转情况,与地面模拟实验及飞行观测结果符合得非常好.      

空间辐射粒子引起单粒子翻转率预计

空间辐射粒子引起单粒子翻转（ＳＥＵ）率预计的基础是地面粒子加速器模拟试验数据、卫星轨道的粒子辐射环境模型和高能粒子与器件相互作用模型。引起ＳＥＵ的空间辐射粒子包括银河宇宙射线、太阳宇宙射线和地磁俘获粒子。高能粒子通过电离产生多余电子－空穴对引起ＳＥＵ。介绍了计算轨道中ＳＥＵ率的程序ＣＲＥＭＥ。以８０Ｃ３１微控制器为例,根据串列静电加速器地面模拟试验结果,进行了在轨ＳＥＵ率预计。     

临近空间大气中子诱发电子器件单粒子翻转模拟研究

根据重离子试验数据, 采用长方体(RPP)模型, 用GEANT4软件工具包编程, 建立了垂直于器件表面入射的中子诱发电子器件的单粒子翻转模型. 考虑敏感体积及其附近的次级粒子对单粒子翻转的贡献, 统计了次级粒子在敏感体积内沉积能量的微分能谱分布, 对在敏感体积内沉积不同能量的次级粒子对单粒子翻转的贡献进行了区分计算, 模拟计算结果与地面试验结果符合较好.      

存储器空间单粒子翻转率预测

根据SSO上两卫星搭载的三个PREM测得的空间中重离子LET谱,以及利用Weibull分布模型拟合出的不同器件的σ-LET曲线,对由空间中重离子引起的单粒子翻转的翻转率进行了预测估算.将预测值与实测值对比,分析了影响翻转率的因素.对于相同器件,翻转率与设备在卫星上的位置和朝向有关.位于卫星尾部面向后退（-x）方向的翻转率高于位于底部对地（+z）方向的器件翻转率;太阳活动水平高的时间段翻转率高于太阳活动水平低的时间段.探测器接收的重离子微分LET谱的强度和硬度决定了器件的单粒子翻转率.在高于翻转LET阈值时,LET谱的强度越高,其硬度和翻转率越大.不同器件的翻转率也不相同.      

空间高能粒子与器件布线层核反应后次级粒子LET分布研究

空间高能质子和重离子是导致元器件发生单粒子效应的根本原因,为准确评估元器件在轨遭遇的单粒子效应风险,必须清楚高能质子、重离子与器件材料发生核反应的物理过程及生成的次级重离子LET（Line EnergyTransfer）分布规律。针对典型CMOS工艺器件模拟计算了不同能量质子和氦核粒子在器件灵敏单元内产生的反冲核、平均能量及线性能量转移值,并分析了半导体器件金属布线层中重金属对次级重离子LET分布的影响规律。计算结果表明：高能粒子与器件相互作用后产生大量次级重离子,且高能质子作用后产生的次级粒子的LET值主要分布为0～25MeV·cm²/mg;高能氦核粒子作用后产生的次级粒子的LET值主要分布为0～35 MeV·cm²/mg;有重金属钨（W）存在时能提高次级粒子的LET值,增加了半导体器件发生单粒子效应的概率,该研究结果可为元器件单粒子效应风险分析、航天器抗单粒子效应指标确定提供重要依据。     

高能重离子径迹结构对单粒子翻转的影响

利用解析法计算了高能重离子的径迹结构,通过MonteCarlo方法研究了径迹结构对微电子芯片单粒子翻转的影响.结果表明,考虑了径迹结构的影响后,当离子能量较高时,具有小尺寸灵敏单元、低翻转阈值的芯片的翻转截面较传统的LET描述结果小许多;当离子更重时,这种差别对灵敏单元尺寸较大、翻转阈值较高的芯片也变得较明显.即离子径迹结构的影响是通过其有效地沉积到灵敏单元中的能量与翻转阈值相比较而表现出来的.还研究了作用距离较深、结构宽大的径迹造成的相邻多个灵敏单元的同时翻转,即多位翻转现象,这是用LET所不能反映的.      

空间粒子环境对单粒子效应影响的比较

空间的高能重离子和高能质子都能引起单粒子效应。几种典型环境中的重离子和质子对不同器件单粒子效应的影响的比较表明，在地磁捕获质子强度较大的区域，捕获质子对单粒子效应的作用必须考虑；而在该区域以外，对单粒子效应的发生有显著影响的是宇宙射线的重离子而不是占绝大多数的质子。     

几种256Kbit SRAM芯片的单粒子翻转规律

给出了实践４号（ＳＪ－４）星载ＩＤＴ７１２５６Ｄ高速ＣＭＯＳ静态存储器和ＨＭ８８３２异步静态存储器单粒子事件（ＳＥＵ）的总翻转率,器件类型翻转率,逻辑状态翻转率,并与国外某些卫星的监测结果进行了比较。另外对部分ＳＥＵ数据进行了统计分析,给出了ＳＥＵ的片上地址和到达时间差的分布规律及拟合曲线。     

脉冲激光模拟空间载荷单粒子效应研究进展

脉冲激光作为模拟测试空间探测载荷半导体器件的单粒子效应现象的一种较新型手段,具有可以定位器件对单粒子效应敏感的具体单元以及动态测试电路系统对单粒子效应的时间响应特性的特点,能够满足工程部门、器件研发部门的不同需求。通过实验与理论研究,建立单粒子锁定与翻转效应的激光阈值能量与重离子LET值的对应关系,解决了脉冲激光模拟测试的激光结果如何定量的关键问题,据此可以定量摸底评估器件的单粒子效应敏感度,使脉冲激光测试载荷的结果更具评价以及指导意义,这对建立统一的脉冲激光单粒子效应评估试验标准以及对脉冲激光试验的推广具有重要意义。空间探测载荷发生单粒子效应后器件功能特性及电路系统的影响、防范单粒子效应电路条件影响的手段下电路系统的抗单粒子效应设计措施是的有效性,以及为空间探测专门研制的抗辐射ASIC电路评价,都需要更加精细的单粒子效应测试方法。通过建立便捷、低成本的脉冲激光定量试验的手段,解决了空间探测载荷上述单粒子效应试验的问题。     

On the quantitative interpretation of cellular heavy ion action.

Current analyses of heavy ion action assume that the survival probability of a cell hit by a heavy ion depends only on the energy absorbed in its critical site. It is known, however, that the efficiency to produce a biological effect depends also on the spatial pattern of energy deposition. This has to be included in the quantitative evaluation of heavy ion action. Based on recent models of lesion formation by ionizing radiation (Goodhead and Brenner, Phys. Med. Biol. 28, 485, 1983) data with lighter ions (LET < 500 keV/micrometer) were re-analysed. It is shown that the behaviour of various cell systems can be described by a common curve which can be used to estimate the contribution of "non-linear" components (i.e. where the distribution of energy deposition plays a role) with heavy ions. It is concluded that even with Uranium ions the regions of non-linear effects does not extend beyond 50 nm from the trade core. These data will be used to assess quantitatively survival curves obtained with very heavy ion exposure.     

Early and late damages induced by heavy charged particle irradiation in embryonic tissue of Arabidopsis seeds.

Early and late effects of accelerated heavy ions (HZE) on the embryonic tissue of Arabidopsis thaliana seeds were investigated seeing that initial cells of the plant eumeristems resemble the original cells of animal and human tissues with continuous cell proliferation. The endpoints measured were lethality and tumorization in the M1-generation for early effects and embryonic lethality in the M2-generation for late effects. The biological endpoints are plotted as functions of the physical parameters of the irradiation i.e. ion fluence (p/cm2), dose (Gray), charge Z and linear energy transfer (LET). The results presented contribute to the estimation of the principles of biological HZE effects and thus may help to develop a unified theory which could explain the whole sequence from physical and chemical reactions to biological responses connected with heavy ion radiation. Additionally, the data of this paper may be used for the discussion of the quality factor for heavy ion irradiation needed for space missions and for HZE-application in radio-therapy by use of accelerators (UNILAC, (SIS/ESR), BEVALAC).     

Optical observations of ion tail structures and velocity flows in comet Halley during the period of the five spacecraft encounters

Observations of the distribution and evolution of a number of the major constituents of the neutral coma (CN, C₂, CH, O, H, Na) of Comet Halley were made during two observing periods, each of 3 weeks duration, from the Table Mountain Observatory, California. The first period was pre-perihelion, in late November/December 1985. The second period, from Feb 28 to March 22 1986, covered the five close spacecraft encounters with Halley, and when ICE flew some 20 M Km upstream of Halley. Sodium emission was recorded in early Dec 1985 from the near-nuclear region at a heliocentric distance of 1.4 AU, an observation confirmed with the UCL Doppler Imaging system. The CN coma could be detected to an outer diameter of more than 4M Km in Dec 1985, and 5 – 6M Km in early March 1986, allowing the production of heavy cometary pick-up ions to be estimated. Observations of the cometary ion coma (H₂O⁺ and CO⁺ ions) showed considerable variability from day to day, particularly during the period of the spacecraft encounters. These observations have been used, in conjuction with the neutral coma data, to map the flow field of cometary ions. In early Dec. 1985, Halley developed a traditional “type I” ion tail, which persisted until late April 1986. It has also been possible to evaluate the ion flow fields within the narrow core of the ion tail, and in the surrounding diffuse, low density, regions populated by pick-up and extracted cometary ions, and by slowed solar wind ions. Tail disconnection events were observed on several occasions, particularly between the VEGA 2 and GIOTTO encounters, and with a highly spectacular event on March 19 1986.     

空间重粒子击中卤虫卵的定位技术及其生物效应

为了能够估价空间重粒子对单个生物细胞的放射生物学效应,我们设计、制成了卤虫卵-核乳胶夹层式生物包.经搭载我国“8885”卫星飞行数天后回收.用图象分析仪研究了空间重离子在核乳胶上留下的径迹及其分布;并实验观察了卤虫卵的前期发育情况.看到:随星飞行过的卤虫卵与地面对照组相比,其发育能力明显降低,表现为孵化率低且发育时间推迟.实验表明:生物样品板-核乳胶影象定位技术能清楚而比较准确地给出卤虫卵(或其他生物细胞)受重离子作用的信息,是重离子生物效应及其作用机理研究的可行实验手段及分析方法之一.